Mâneviyat

O princípio do equilíbrio estático é a utilização de estruturas pesadas para transferência de cargas à fundação (AGERSCHOU, 1983), ou seja, o peso dos blocos proporciona uma força de atrito na base da parede. Isso significa que os esforços horizontais são suportados pelo empuxo passivo do solo, quando houver, somado ao atrito na região da base (no caso da atracação) ou apenas o atrito na base para suportar o empuxo de solo e a amarração. Normalmente os muros de gravidade são utilizados quando não é possível a cravação de estacas, porém, pelo grande peso dessas estruturas, deveriam ser executadas em solos de grande capacidade de carga para evitar recalques diferenciais. A largura da base da parede deve ter uma dimensão mínima tal que a máxima tensão na base seja suportada pelo solo. Para esse tipo de estrutura não se devem usar equipamentos de operação portuária de grande porte ou equipamentos que necessitem de uma fundação exclusiva para ele como é o caso do portêiner, uma vez que pequenos recalques inviabilizam a operação.

Esta concepção pode ser subdividida em três tipos com este princípio e serão descritas a seguir:

Figura - 3.6– paramento frontal fechado com muros de gravidade – blocos de concreto, caixão e seção celular (AGERSCHOU, 1983)

I. Parede de Blocos de Concreto

Figura - 3.7– seção típica para paredes formada com de blocos de concreto (QUINN, 1972)

Este tipo estrutural é a concepção mais antiga dentre as estruturas portuárias. São grandes blocos posicionados uns sobre os outros formando a parede de contenção do cais e podem ser blocos de pedras naturais ou de concreto, desde que tenham boa qualidade. Pode-se comprovar pelas inúmeras construções existentes em várias partes do mundo que são estruturas de longa vida útil, não exigindo grandes manutenções ao longo do tempo e de concepção relativamente simples.

Atualmente, para este tipo de estrutura torna-se mais vantajoso economicamente usar blocos de concreto do que pedra e mesmo assim, como esta concepção necessita de mergulhadores para auxílio na execução, o custo total dessa obra cresce muito nos dias de hoje (THORESEN, 1988).

Também AGERSCHOU-1983, diz que esta solução normalmente é considerada antieconômica, pois, são blocos de concreto de grandes dimensões e peso, podendo variar de 40tf a 125tf o peso próprio de cada bloco. Portanto, devem-se usar equipamentos de grande

capacidade de carga e muitas vezes esses equipamentos operam sobre flutuantes (pontões e cábreos).

Os projetistas que optam por usar os blocos de dimensões maiores, fazem com que o número de operações seja menor, porém, isso requer equipamentos mais potentes e um controle mais rigoroso durante a execução.

O solo da fundação deve suportar grandes cargas, como dito anteriormente e com pequenos deslocamentos a fim de não comprometer a estrutura. No entanto, pode-se contar com a remoção de uma pequena camada de solo (de baixa resistência e que permita grandes deformações) e substituído por outro de melhor qualidade. Devido a uma possível acomodação do terreno, pode-se fazer uma pré-carga com os próprios blocos antes de se moldar ou colocar a peça de coroamento moldado “in loco” (AGERSCHOU, 1983).

Um procedimento para melhorar as condições do solo na base da estrutura é proposto por THORENSEN, 1988:

Neste caso, remove-se a camada de argila mole no trecho onde servirá de base para a estrutura, até encontrar um solo bastante resistente ou rocha (ver figura 3.7). Depois preencher com areia compactada, caso necessite, pode-se usar o método vibro-compactador, que consiste na imersão de uma haste dentro da areia e fazendo-a vibrar de maneira que essa areia sofra compactação. A seguir, lança-se sobre a camada de areia compactada uma camada fina de rocha triturada ou pedregulho, com a finalidade de facilitar o fluxo de água entre o lado interno do cais e o lado externo e reduzir os empuxos hidrostáticos diferenciais. Após esse tratamento do solo, inicia-se a execução da estrutura.

Figura - 3.8– alternativa para troca de solo mole da fundação (THORENSEN, 1988). Outro método que ajuda a melhorar as condições do solo na base da estrutura, também proposto por THORENSEN, 1988 é a formação de pequenas colunas de pedras imersas na região do solo mole até atingir uma camada mais resistente. Estas colunas formariam pequenas estacas para sustentação da estrutura. A figura a seguir mostra um esquema de reforço de solo com estacas de pedras.

Figura - 3.9– alternativa com estacas de pedra (THORENSEN, 1988) parede material compactado rocha vibrador material compactado pedregulho argila Preenchimento com areia

Após a execução dos blocos, faz-se um arremate no topo da estrutura com concreto moldado “in loco”, dando continuidade à estrutura.

Durante os últimos 30 anos, ao invés de se usarem blocos de concreto, optou-se por usar paredes de concreto armado, como uma alternativa mais econômica à parede maciça. De forma semelhante aos caixões, estes são fabricados em locais secos e depois transportados, através de guindastes, para o destino final da obra.

Segundo THORENSEN-1988, paredes sem contraforte podem ter alturas até 7,0m, desde que projetada adequadamente, para que seja uma estrutura econômica.

Figura - 3.10– paredes de concreto armado com contrafortes (THORENSEN, 1988)

Para alturas maiores, devem ser colocados contrafortes nas paredes e nesse caso a altura pode chegar em torno de 20,0m. O comprimento desses elementos pode variar de 3,0 a 12,0m dependendo da capacidade de transporte do guindaste.

II. Paredes em Caixão de Concreto Armado

A parede feita em caixão é semelhante à parede feita com blocos de concreto. A diferença é que a seção transversal de cada elemento é formada por uma única célula de concreto e preenchida normalmente com areia, enquanto que a anterior são blocos menores, porém, maciços.

Os caixões devem ser fabricados em locais secos e depois transportados no local definitivo da obra. Portanto, é muito conveniente fabricá-los em locais próximos ao da obra de modo a conseguir economia no transporte e agilidade no lançamento. A experiência mostra que a dimensão econômica do caixão é da ordem de 30,0m de comprimento, 25,0m de largura e 20,0m de altura (THORESEN, 1988).

Os cuidados com o solo da fundação são semelhantes às paredes de blocos de concreto, com um solo competente em sua base para suportar a carga nele exercida sem provocar

recalques diferenciais, pois, poderia romper as juntas entre caixões ou até mesmo a própria célula.

Um ponto importante é a verificação do dimensionamento estrutural do caixão de concreto armado nas diferentes etapas de sua vida, desde sua fabricação, transporte até a situação final em operação. Cada fase pode provocar esforços solicitantes diferentes na estrutura.

Podem-se também executar paredes internas ao caixão de modo a quebrar o pano das paredes laterais do caixão diminuindo seus esforços, conforme mostra a figura abaixo:

Figura - 3.11– parede em caixão de concreto armado (THORENSEN, 1988)

Se for possível usar algum tipo de material com ângulo de atrito interno elevado para preenchimento do caixão ou mesmo na retaguarda, pode-se conseguir uma economia no dimensionamento do concreto devido à redução do empuxo de solo sobre as paredes do caixão (AGERSCHOU, 1983).

Uma alternativa que pode ser feita durante a fabricação é a construção da parte inferior do caixão num local seco e depois executar a parte superior do caixão em cima da base de concreto já posicionada no local de implantação da obra, ou seja flutuando. Após o término da construção do caixão, ainda flutuando, deve-se enchê-lo com água para que seja afundado totalmente e depois substituído por outro material de enchimento permanente, normalmente a areia. (AGERSCHOU, 1983).

A construção deve ser feita em períodos de águas calmas, caso a parte superior esteja sendo executada sobre a laje inferior flutuando. Isso vale também para a montagem de células no local de implantação da obra.

Disponibilidade de material, mão-de-obra e transporte influenciam na escolha do local de fabricação do caixão.

Os caixões devem ser colocados justapostos e como este tipo estrutural requer uma ligação horizontal entre as células, a região entre as paredes laterais de cada caixão justaposto poderá ser preenchido com graute e feito uma protensão externa para garantir a continuidade de toda a estrutura e evitar fuga de solo por estas juntas.

Essa protensão externa confere uma continuidade em toda a parede do caixão e daria uma segurança maior em relação ao simples grauteamento dessas juntas. Uma alternativa seria preencher essas juntas com um material selante, tendo a mesma finalidade de reter os finos. Embora esta última alternativa proporcione uma maior flexibilidade entre os caixões, ficaria mais suscetível a determinadas movimentações na fundação, podendo romper o selante e perder sua eficácia.

Figura - 3.12– seção típica de parede em caixão celular de concreto armado preenchido com areia (AGERSCHOU, 1983)

caixão Preenchimento comareia Viga de coroamento caixão proteção areia

Da mesma forma que as paredes feitas por blocos, as paredes de caixão também possuem um a viga de coroamento de concreto moldado “in loco”.

A viga de coroamento deve ser executada quando o terrapleno estiver preenchido.

III. Parede Celular de Estaca Prancha

Durante alguns anos recentes na Noruega, a parede celular de estacas prancha tornou-se a estrutura mais usada dentre as estruturas de gravidade. Uma das principais razões é o custo da execução, pois, os outros tipos de estrutura de gravidade (blocos ou caixões) necessitam do auxílio de mergulhadores, enquanto que este método de execução não necessita. O método consiste na cravação de estacas prancha e utiliza materiais simples que servem de enchimento de modo a proporcionar economia na obra. No entanto, o custo do material de enchimento é sempre decisivo na escolha desse método (THORESEN, 1988). A figura a seguir, mostra dimensões desse tipo estrutural.

Figura - 3.14– dimensões das paredes celulares de estaca prancha.(12)

A formação da estrutura consiste em uma série de ligações de estacas prancha metálica formando pequenas células ligadas entre si. Essas células podem ter a forma circular e serem ligadas umas às outras por arcos conforme figura 3.15 ou possuem a forma semicircular e serem ligadas entre si. Para conferir uma maior rigidez à parede celular, deve-se preencher as células com areia ou outro material adequado. O diâmetro das células, conforme fig.-3.13, e a espessura da parede dependem da profundidade da lâmina d´água, das carga acidentais que atuarão sobre a estrutura e do empuxo do solo.

Para conseguir economia no aço, pode-se variar o comprimento do perfil à medida que a célula avança ao interior da costa (lado oposto ao mar), formando degraus na estrutura conforme figura 3.15. No entanto, deve-se considerar que a linha média na formação desses degraus não supere os 15º em relação à horizontal, garantindo estabilidade ao conjunto (THORESEN, 1988).

Figura - 3.15– parede celular de estaca prancha

Cabe ressaltar alguns pontos importantes que o projetista deve ter em mente na hora de conceber uma estrutura celular:

desaprumo do eixo vertical de células de diâmetro pequeno pode favorecer a perda da estabilidade diante de forças horizontais;

células de pequeno diâmetro, podem ter maior rapidez na execução de cada célula, isto pode conferir uma segurança maior da estrutura durante a execução e também as ações incidentes na estrutura teriam uma intensidade menor;

no momento da execução, ser muito cuidadoso na colocação das travas de ligação entre células, pois, qualquer falha na ligação pode desestabilizar a estrutura; células pequenas podem estar dentro de cunhas de ruptura global do solo; recalques diferencias podem prejudicar a operação;

após o preenchimento da célula, esta pode ter um aumento no diâmetro de 1 a 2% em relação ao teórico, isso significa um aumento de tensão nos elementos de ligação entre as estacas prancha. Segundo EAU, 1996, as forças de tração que comumente as paredes suportam estão entre 200tf/m e 500tf/m dependendo do tipo de aço e da seção transversal.

1. verificação da estabilidade da parede;

2. cálculo da tensão máxima na parede, considerando-se o carregamento do solo, carga acidental e empuxo hidrostático devido diferença de NA interna e externa; 3. capacidade de carga do solo da fundação;

4. o efeito do fluxo de água sob o pé da parede, pode provocar erosão do solo nesta região.

Embora não tenha recomendação específica sobre a estabilidade global geotécnica, deve sempre ser verificada.

A seqüência construtiva também requer atenção e uma das formas a ser executada, está descrito a seguir (THORESEN, 1988):

1. loca-se o molde da primeira célula principal;

2. locam-se as estacas prancha da célula principal, ligando-as uma a uma;

3. fecha-se a célula principal. Geralmente, as células são fechadas para depois serem cravadas, no entanto, antes de fechá-las assume-se que uma pequena parte encontra-se penetrada no solo devido ao peso próprio;

4. a primeira célula principal é cravada até encontrar solo resistente. A cravação deve ser feita de maneira gradual ao longo de toda a circunferência;

5. após a primeira célula ser totalmente cravada, remove-se o molde e imediatamente deve-se preencher com material de enchimento;

6. segue-se para a segunda e terceira células principais e procede-se da mesma maneira;

7. após as três células principais estarem cravadas e preenchidas, coloca-se o molde do trecho em arco de ligação entre as células principais;

8. colocam-se as estacas pranchas em arco na posição e estas são cravadas; 9. removem-se os moldes e imediatamente iniciam-se os preenchimentos;

10. de maneira análoga, segue-se a execução das células principais e depois dos arcos de ligação até o fim do cais;

11. concretar no topo das células uma viga reforçando a continuidade do conjunto; 12. preencher com material de enchimento até o topo da viga;

O diâmetro do molde deve ser adaptado para cada tipo de estrutura, pois, a última estaca prancha da célula deve ser encaixada perfeitamente dando continuidade a toda a célula. A precisão neste caso é muito importante.

Há dois tipos de moldes, o interno e o externo à estrutura e na descrição acima da seqüência executiva foi considerado o interno que é mais usual. O molde deve ser suficientemente resistente às ações de vento, ondas e correntes que possam ocorrer durante a execução, sem permitir grandes distorções da célula ou até uma ruptura localizada da estrutura.

Além disso, destaca THORESEN, 1988, as paredes celulares de estaca prancha costumam ter comprimentos variando entre 20,0m e 25,0m e no momento da cravação devem-se cravar todas as estacas ao longo da célula de maneira a não se obter variações de cravação superiores a 0,70m entre estacas justapostas. O critério de cravação deve ser avaliado por um engenheiro geotécnico em cada caso.

Esta concepção é bem usada quando é possível a cravação das estacas em solo, porém, pode-se encontrar uma camada rochosa na superfície desse solo. Neste caso a solução deve ser a abertura de uma vala na rocha para que se possa colocar a parede de estacas prancha dentro dessa vala e depois preencher com graute ou concreto de modo a solidarizar a parede na fundação. No entanto, este procedimento pode elevar muito o custo da obra, pois, necessitaria de apoio de mergulhadores durante a execução.

Uma atenção especial deve ser dada durante a construção, pois, as células frontais da parede, ou seja, aquelas em contato direto com o mar, devem ser cravadas numa profundidade tal que não ocorra recalques diferenciais. Isto para que a viga de concreto armado, executada no topo da parede, não seja prejudicada. Outro ponto importante, é o cuidado que se deve ter no travamento das células após sua cravação e antes do preenchimento com areia, para que as ações horizontais de onda e corrente não desestabilizem a estrutura, conforme dito anteriormente.

Por fim, podem-se destacar vantagens e desvantagens desse tipo de obra em relação à parede de estaca prancha simples, que serão descritas a seguir:

em relação à estrutura de estaca prancha tradicional, que possui alto o custo à medida que aumenta a profundidade de água, este tipo de estrutura celular torna-se mais competitivo. Para as paredes celulares, o diâmetro mínimo é determinado pela estabilidade global da estrutura em relação às forças horizontais e o diâmetro máximo é determinado pela máxima tensão de tração que a ligação entre perfis resiste. Após a

determinação dos diâmetros, a profundidade da água está vinculada ao diâmetro adotado;

uma das vantagens é a grande capacidade de resistir bem aos esforços horizontais, como de atracação, amarração e aos empuxos do material de enchimento. Em condições favoráveis de solo e do material de enchimento, a parede celular pode suportar um empuxo devido a uma carga acidental de até 25,0tf/m2, enquanto que a parede de estaca prancha tradicional, normalmente, suportaria uma carga acidental entre 3,0 e 5,0tf/m2;

no caso em que a estrutura necessite de tirantes e pelas circunstâncias seria impossível a cravação desses, a parede celular pode ser uma boa solução;

comparando-se com outros tipos estruturais, a parede celular deve ser executada em períodos curtos de tempo;

há um perigo no caso de colisão com um navio, pois, uma ruptura localizada na estrutura poderia provocar grande desestabilidade e ainda provocar grandes recalques na plataforma de operação devido à fuga de parte do material de enchimento;

em relação às cargas concentradas, a observação a ser feita é que alguns equipamentos de operação, como por exemplo o portêiner, necessitam de trilhos para sua locomoção, neste caso este tipo estrutural não seria adequado.

Uma variação do uso dessas estruturas celulares, seriam os dolfins de atracação ou amarração e estruturas de proteção contra impacto de navios (por exemplo, para proteção de pilares de pontes, sobre rios navegáveis).